【技术文章】使用 Specim FX17 高光谱相机测量棉花中的水分

使用 Specim FX17

高光谱相机测量棉花中的水分

水分的量化对于许多工业和研究应用至关重要。基于光谱学的定量模型可高效、无损且准确地监测水分含量。高光谱相机还揭示了水分的空间分布，而点光谱仪仅提供一般分布。在这项研究中，我们监测了一块棉布的水分含量及其干燥情况。

NIR = 近红外 (900 – 1700 nm)

PLS = 偏最小二乘法

PLS DA = 偏最小二乘判别分析

监控生产过程中的水分至关重要，例如在食品、造纸和木材行业。近红外 (NIR) 光谱广泛用于监测各种应用中的水分含量。

光谱学家依靠水吸收峰作为 NIR 光谱范围的一部分。如下图所示，水强烈吸收 970、1150 和 1450 纳米的光。Specim FX17相机的光谱范围覆盖 900 – 1700 nm，非常适合检测吸水峰。除了为水分量化提供相关数据外，与高光谱图像一起嵌入的空间维度还揭示了水分分布。

在这项研究中，我们监测并量化了一块棉布的干燥时间。我们蘸了一个圆形的化妆棉。5 厘米（通常用于卸妆）放入水中，然后将其应用于 Specim 实验室扫描仪 40×20。我们使用 Specim FX17 高光谱相机监测它的干燥情况，并每 4 分钟进行一次测量，直到它完全干燥。它需要在 264 分钟内总共进行六十七 (67) 次测量。我们使用 SpecimINSIGHT 软件分析数据。

每个图像首先根据黑暗和白色参考进行归一化。然后通过将实验期间获取的所有 67 张图像组合到一个文件中来创建马赛克。这幅马赛克描绘了不同干燥阶段的棉垫，从右上角开始，当时它非常潮湿，在右下角干燥。马赛克从左到右，从上到下，一行一行地填满。

如图 1A 所示，在干燥过程后可以看到假 RGB 马赛克图像的清晰渐变。光谱揭示了相同的趋势：那些与湿样品相关的光谱在 970、1150 和 1420 nm 处表现出最深的光谱吸收，而这些峰随着干燥时间的推移而消失。在 3.5 小时后（在过去的十次测量中），干燥的加速也很明显。

图 1：与化妆棉干燥相关的错误 RGB 和 NIR 光谱